JPS6340244B2 - - Google Patents

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JPS6340244B2
JPS6340244B2 JP57052363A JP5236382A JPS6340244B2 JP S6340244 B2 JPS6340244 B2 JP S6340244B2 JP 57052363 A JP57052363 A JP 57052363A JP 5236382 A JP5236382 A JP 5236382A JP S6340244 B2 JPS6340244 B2 JP S6340244B2
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turbine
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pressure
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/16—Cooling of plants characterised by cooling medium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
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    • F01K23/106—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle with water evaporated or preheated at different pressures in exhaust boiler
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/232—Heat transfer, e.g. cooling characterized by the cooling medium
    • F05D2260/2322—Heat transfer, e.g. cooling characterized by the cooling medium steam
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガスタービン構成部材が蒸気冷却さ
れるガス蒸気組合せタービン動力装置であつて、
冷却蒸気の発生がガスタービンの外側で廃熱ボイ
ラ内においてなされる形式のものに関する。
ガスタービンの冷却のために蒸気が使われる例
が既に知られている。この場合蒸気はガスタービ
ンの排ガスの熱交換により発生させ、タービン羽
根車室へ供給される。供給された冷却蒸気は作業
媒体通路内でタービン羽根車を周方向に貫流し、
羽根基部を有するロータ並びにケーシングを熱ガ
スから遮へいする。タービン内を貫流した後に冷
却蒸気は作業ガスと分離して捕集され、蒸気ター
ビンへ供給される（スイス国特許第364656号明細
書参照）。
この公知例の欠点として、第１に可動羽根のボ
ス部分の冷却が一様でないこと、第２にタービン
貫流後の冷却蒸気から作業媒体をきれいに分離す
ることが極めて困難であることがあげられる。一
様でない冷却の原因は特に次の点にある。即ち、
作業媒体よりも著しく冷たい冷却蒸気が流入通路
の内側の環状区域に供給されるのに対して、著し
く高温の作業媒体は流入通路の外側の環状区域を
流れるということである。
本発明の目的は、ガス蒸気組合せタービンにお
いて、ガスタービンが高い入口温度で運転され、
タービンの加熱ガス流内に位置する部分が蒸気冷
却されるようにし、この場合に冷却蒸気は蒸気タ
ービン内においてさらに膨張されて蒸気発生器内
の中間過熱を利用することによつて装置の高い効
率が得られるようにすることである。
このような目的を本発明は特許請求の範囲第１
項に示す構成によつて達成した。
この本発明の構成による利点は特に次の通りで
ある。即ち、中間過熱部を有する２圧式廃熱ボイ
ラの採用によつてガスタービンの廃熱を特に良好
に利用することができ、かつその結果得られる冷
却蒸気がガスタービンに供給され、ガスタービン
において冷却蒸気はケーシング内および中空の案
内羽根内を強制案内された後に分岐された流路で
ロータ並びに中空の案内羽根を冷却し、その際こ
れらのガスタービン構成部材は同時に蒸気の一部
のための過熱器として役立てられる。これによつ
て、ガスタービンから流出した蒸気流は、蒸気タ
ービンの高圧部において部分的に膨張されて中間
過熱器において加熱された蒸気と混合され、蒸気
タービンの低圧部へ導びかれ、しかもこの場合中
間過熱器においてさらに加熱する必要はない。こ
のようにして最良の利用効率が得られる。
特許請求の範囲第２項の構成によれば作業媒体
全体の少なくとも40％はガスタービンの冷却目的
に利用される。
このような冷却蒸気量はガスタービン内での加
熱後に蒸気タービン低圧部での作業工程に供用で
きるので、事実上出力損失もしくは蒸気損失は生
じない。
特許請求の範囲第３項以降にはさらに別の実施
態様が示されている。
蒸気流から分離されるしや断空気通路を設ける
ことによつて、コンプレツサから取り出された空
気を蒸気流と平行させてタービン入口側から供給
することができる。このしや断空気通路内では特
に加熱ガス通路に比してわずかに過圧が支配する
ので、わずかな空気量が加熱ガス通路内へ流入す
ることができ、これによつてしや断効果が得られ
る。この場合の特別な利点として、比較的少量の
しや断空気量であることに基きロータ内および羽
根支持体内における加熱ガスのしや断のために従
来必要としたような大量の冷却空気は不要とな
る。その結果として、付加的に必要であつたコン
プレツサ出力が不要になることによつて一層大き
なガスタービン出力が有効出力として使われる。
ロータ内およびステータ内に蒸気案内通路を設
けて羽根内および蓄熱セグメント内の冷却蒸気通
路に接続するならば、高熱の作業媒体が通過する
すべての部分の一様な冷却がなされる。
次に図面に示した実施例について本発明を詳述
する： 第１図について述べるならば、本発明のガス蒸
気組合せタービン装置にはコンプレツサ１、燃焼
室２、タービン３から成つていて発電機４を駆動
する１つのガスタービンが１つの廃熱ボイラ７に
対して前置されている。廃熱ボイラ７は高圧部
７′と低圧部７″とを有する２圧廃熱ボイラであ
る。ガスタービン１，２，３は約1200℃の高い入
口温度で運転され、従つてタービン３のロータ、
ステータおよび羽根は蒸気冷却される。タービン
排ガスは廃熱ボイラ７内に流れ方向で順次に配置
されている高圧部７′および低圧部７″を通過し、
約170℃の温度で廃熱ボイラ７を出る。廃熱ボイ
ラ７の高圧部７′は排ガスの流れ方向で見て順に
高圧過熱器１２、高圧蒸発器１４、高圧予熱器１
１、中間過熱器１３を含んでいる。低圧部７″に
は冷却蒸気過熱器１０、低圧蒸発器９、低圧予熱
器８が配置されている。
高圧過熱器１２内で過熱された新鮮蒸気は弁２
４を有する新鮮蒸気導管２５を介して１つの蒸気
タービン２７の高圧タービン２６内へ達し、次い
で中間過熱器１３を介して低圧タービン２９内へ
達する。蒸気タービン２７は約325MWの出力で
発電機２８を駆動する。この蒸気タービン２７内
で蒸気は膨張し、この場合抽気した蒸気が低圧タ
ービン２９から取り出され、抽気導管３０を介し
て給水タンク２３へ供給される。蒸気タービン２
７から出た完全に膨張した蒸気は復水器３１およ
び復水ポンプ３２を介して１つの予熱器３３内へ
入り、この予熱器３３は蒸気タービン２７の抽気
蒸気によつて取出し導管３４を介して加熱され
る。この予熱器３３から蒸気は戻し導管３５を介
して給水タンク２３へ達する。
給水タンク２３からはボイラ給水が１つの給水
ポンプ２２によつて低圧エコノマイザ８に供給さ
れ、この低圧エコノマイザ８において予熱されて
１つの低圧ドラム１５内へ導びかれる。低圧ドラ
ム１５内の一部の水は循環ポンプ１６を介して廃
熱ボイラ７の低圧蒸発器９内へ達し、蒸気状態で
低圧ドラム１５内へ戻される。この蒸気部分は本
発明の場合煙道ガス側の高圧予熱器１１と低圧蒸
発器９との間に配置されている冷却蒸気過熱器１
０内でわずかに過熱され、冷却のためにガスター
ビンへ案内される。低圧ドラム１５内の他の水は
１つの高圧ポンプ１７によつて高圧エコノマイザ
１１を介して１つの高圧ドラム１８へ送られる。
１つの循環ポンプ１９を介して作業媒体は高圧蒸
発器１４へ達し、次いで高圧ドラム１８内へ戻
る。この高圧ドラム１８からは高圧蒸気が高圧過
熱器１２および新鮮蒸気導管２５を介して蒸気タ
ービン２７へ達する。
冷却蒸気過熱器内でわずかに過熱された冷却蒸
気は１つの冷却蒸気導管２０を介してガスタービ
ン３へ達し、このガスタービン３において加熱ガ
スにさらされた部分を通過するのに伴つて約450
℃に加熱され、従つて中間過熱器１３から１つの
生蒸気導管３８内へ導びかれる蒸気とほぼ等しい
温度を有する。このような温度に達した冷却蒸気
は１つの共通の導管３６および１つの調整弁３７
を介して蒸気タービン２７の低圧タービン２９の
直前で生蒸気導管３８からの蒸気へ供給される。
生蒸気導管３８には図示の実施例の場合圧力を合
わせるために弁３９が設けられている。
冷却蒸気導管２０を介してタービン３の高圧側
へ冷却蒸気が入る前に、この冷却蒸気の一部は１
つの分岐導管２１を介してタービン３のロータお
よび羽根を冷却するために利用され、残る一部は
タービン３のステータおよび羽根を冷却するため
に使われる。羽根、ロータおよびステータを通過
して冷却した後に著しく過熱された蒸気は導管４
０，４１および共通の導管３６を介して生蒸気導
管３８内へ達し、この生蒸気導管３８から蒸気タ
ービン２７の１つの中間段へ導びかれる。タービ
ン３内における冷却蒸気の加熱によつて中間過熱
器１３からの中間過熱蒸気と冷却蒸気との温度差
が補償される。
第２図中には両方の冷却蒸気流、即ちロータ冷
却蒸気流およびステータ冷却蒸気流が鎖線および
破線で示され、しや断空気流が実線で示されてい
る。しや断空気はコンプレツサ１内の相応の圧力
の個所から分岐されて、しや断空気導管５（第１
図）を介してタービン３へ供給される。回転羽根
４２およびロータのための冷却蒸気は分岐導管２
１を介して、案内羽根４３およびステータのため
の冷却蒸気は冷却蒸気導管２０を介してそれぞれ
タービン３に供給される。これらの冷却蒸気流２
０，２１と同時に、周知の形式でしや断空気が矢
印６に沿つて冷却蒸気流２０，２１から分離され
た空気案内通路４４へタービン入口側から供給さ
れ、次いで流路内へ導びかれる。タービン３内の
通過および冷却の後に、案内羽根４３およびステ
ータを冷却した蒸気は導管４１を介して、また回
転羽根４２およびロータを冷却した蒸気は導管４
０を介してそれぞれ排出される。
第３図および第４図に示されているように、ロ
ータ４９内には中空の回転羽根４２および蓄熱セ
グメント４６が固定されている。中空の羽根基部
と個個の羽根列（第４図）間に配置されている蓄
熱セグメント４６とに蒸気案内通路４５が通じて
いる。これらの蒸気案内通路４５とは別個に空気
案内通路４４が設けられている。回転羽根４２の
それぞれ隣接する基板４７の間にはシール・スト
リツプ４８が配置されている。空気案内通路４４
内で支配するわずかな過圧によつて少量の漏出空
気が空気出口５０からタービンの加熱ガス通路内
へ流入してしや断効果を生ずる。ロータ４９と蒸
気案内通路４５との間にはシール部材５１が配置
されている。図示しない案内羽根の冷却も同じ形
式で行なわれる。
以上述べた本発明によるガスタービンの蒸気冷
却によつて、たんに空気冷却のみによる装置に比
して著しく大きな熱効率が得られる。また、多段
ボイラの採用によつてガスタービンの冷却のため
に蒸気タービンの新鮮蒸気圧よりも著しく低い圧
力を選定することができる。ガスタービンは同時
に中間過熱器として役立てられ、中間過熱器１３
内で過熱された蒸気はガスタービン内を流れる冷
却蒸気に混入して蒸気タービンの低圧タービン２
９へ供給することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による組合せタービン原動機の
回路図、第２図はガスタービン内における蒸気お
よびしや断空気の案内経路を示す略示図、第３図
は羽根列平面内で示すロータの部分横断面図、第
４図は蓄熱セグメント間の蒸気案内通路の範囲で
示すロータの部分横断面図である。 １……コンプレツサ、２……燃焼室、３……タ
ービン、４……発電機、５……しや断空気導管、
７……廃熱ボイラ、８……低圧エコノマイザ、９
……低圧蒸発器、１０……冷却蒸気過熱器、１１
……高圧エコノマイザ、１２……高圧過熱器、１
３……中間過熱器、１４……高圧蒸発器、１５…
…低圧ドラム、１６……循環ポンプ、１７……高
圧ポンプ、１８……高圧ドラム、１９……循環ポ
ンプ、２０……冷却蒸気導管、２１……分岐導
管、２２……給水ポンプ、２３……給水タンク、
２４……弁、２５……新鮮蒸気導管、２６……高
圧タービン、２７……蒸気タービン、２８……発
電機、２９……低圧タービン、３０……抽気導
管、３１……復水器、３２……復水ポンプ、３３
……予熱器、３４……取出し導管、３５……戻し
導管、３６……共通導管、３７……調整弁、３８
……生蒸気導管、３９……弁、４０，４……導
管、４２……回転羽根、４３……案内羽根、４４
……空気案内通路、４５……蒸気案内通路、４６
……蓄熱セグメント、４７……基板、４８……シ
ール・ストリツプ、４９……ロータ、５０……空
気出口、５１……シール部材。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ タービン構成部材が蒸気冷却されるガス蒸気
    組合せタービン動力装置であつて、冷却蒸気の発
    生がガスタービンの外部における１つの廃熱ボイ
    ラ内でなされる形式のものにおいて、 (イ) ガスタービン排気熱が低圧部７″と高圧部
    ７′とから成る１つの２圧式廃熱ボイラ７内で
    利用され、 (ロ) 廃熱ボイラ７の低圧蒸発器９内に発生した蒸
    気が煙道側における中間過熱器１３と低圧蒸発
    器９との間に配置された１つの冷却蒸気過熱器
    １０内でわずかに過熱され、 (ハ) この冷却蒸気は一面においてガスタービンケ
    ーシング内および中空の案内羽根４３内を、他
    面において分岐してロータ４９内および中空の
    回転羽根４２内をそれぞれ強制案内され、通過
    した構成部材を冷却してタービンからの取出し
    時に著しく過熱されており、 (ニ) 蒸気タービン２７の高圧部２６において部分
    的に膨張した蒸気が廃熱ボイラ７において煙道
    側の高圧予熱器１１と冷却蒸気過熱器１０との
    間に配置されている１つの中間過熱器１３内で
    加熱され、ガスタービン３から取り出された蒸
    気と一緒にされてさらに膨張させるため蒸気タ
    ービン２７の相応に大きく設計された低圧部へ
    導入されることを特徴とする、ガス蒸気組合せ
    タービン動力装置。 ２ 全作業媒体の少なくとも40％が冷却目的に利
    用される特許請求の範囲第１項記載のガス蒸気組
    合せタービン動力装置。
JP57052363A 1981-04-03 1982-04-01 Gas steam combined turbine power apparatus Granted JPS57176309A (en)

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CH227181 1981-04-03

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JPS57176309A JPS57176309A (en) 1982-10-29
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US (1) US4424668A (ja)
EP (1) EP0062932B1 (ja)
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DE (1) DE3261410D1 (ja)

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